在代码的虚实架构里：操作符与数据处理的灵魂和鸣（下）

大家好啊，我是小象(òωó)
我的博客：

很高兴见到大家，希望能够和大家一起交流学习，共同进步。

这一节我们继续来学习操作符的相关知识，包括单目操作符，逗号表达式，下标访问操作符，函数调操作符，结构体的声明、定义、初始化，结构体成员访问操作符，结构体成员的直接访问和间接访问，操作符的优先级和结合性，表达式求值…

这里写目录标题

• 一、单目操作符
• 二、逗号表达式
• 三、下标访问[]、函数调用()
• • 3.1 下标引用操作符
  • 3.2 函数调用操作符
• 四、结构成员访问操作符
• • 4.1 结构体
  • • 4.1.1 结构的声明
    • 4.1.2结构体变量的定义和初始化
    • • • 4.1.2.1 结构体变量的定义
        • 4.1.2.2 结构体变量的初始化
        • 4.1.2.3 结构体嵌套初始化
  • 4.2 结构成员访问操作符
  • • 4.2.1 结构体成员的直接访问
    • 4.2.2 结构体成员的间接访问
• 五、操作符的属性：优先级、结合性
• • 5.1 优先级
  • • 5.2 结合性
• 六、表达式求值
• • 6.1 整形提升
  • 6.2 算术转换
  • 6.3 问题表达式解析
  • • 6.3.1 表达式1
    • 6.3.2 表达式2
    • 6.3.3 表达式3
    • 6.3.4 表达式4
    • 6.3.5 表达式5
  • 6.4 总结
• 七、结尾

一、单目操作符

在C语言中，单目操作符（unary operator）是指只需要一个操作数的操作符。这些操作符通常用于对单个变量或表达式进行操作，如取反、递增、递减、获取地址、解引用、类型转换等。
单目操作符有这些：

！、++、–、&、*、+、-、~ 、sizeof、(类型)

单目操作符的特点是只有一个操作数，在单目操作符中只有 & 和 * 没有介绍，这2个操作符，我们放在学习指针的时候学习。

二、逗号表达式

exp1, exp2, exp3, …expN

逗号表达式，就是用逗号隔开的多个表达式。
逗号表达式，从左向右依次执行。整个表达式的结果是最后一个表达式的结果。

看几个例子：

int main()
{
	int a = 1;
	int b = 2;
	int c = (a > b, a = b + 10, a, b = a + 1);
	printf("%d", c);
	return 0;
}

很显然，我们能得到结果13

再看一个例子：

a = get_val();
count_val(a);
while (a > 0)
{
	//业务处理
	//...
	a = get_val();
	count_val(a);
}

这里这么写也是可以的，当是过程会显得冗余
我们可以这样改：

如果使?逗号表达式，改写：
while (a = get_val(), count_val(a), a>0)
{
 //业务处理
}

三、下标访问[]、函数调用()

3.1 下标引用操作符

在 C 语言中，下标引用操作符 [] 用于访问数组元素或通过指针进行间接访问。
操作数：一个数组名 + 一个索引值(下标)

int arr[11];//创建数组
arr[10] = 11;//实?下标引?操作符。

注意：[ ]的两个操作数是arr和10。

3.2 函数调用操作符

C 语言中，函数调用操作符是一对圆括号 () ，它用于调用函数并传递参数（如果有）。
注意：接受一个或者多个操作数：第个操作数是函数名，剩余的操作数就是传递给函数的参数。

举个例子：

#include<stdio.h>
int main()
{
   printf("xiaofeixiang");
   return 0;
}

这里括号的操作数是printf和xiaofeixiang

这里问个问题，像（）这种函数调用操作符，最少有几个操作数？
答案：一个，就是函数名

四、结构成员访问操作符

4.1 结构体

在 C 语言中，结构体（struct）是一种户自定义的数据类型，它允许将不同类型的数据组合在一起，形成一个单一的实体。
比如说，我们描述一个学生的时候需要姓名、年龄、学号、身高、体重等；
这个时候如果使用单一的数据类型是远远不够用的。C语言为了解决这个问题，增加了结构体这种自定义的数据类型，让程序员可以自己创造适合的类型。

结构是一些值的集合，这些值称为成员变量。结构的每个成员可以是不同类型的变量，如：标量、数组、指针，甚至是其他结构体。
而我们常使用的数组则是一类元素的集合，和这里的结构体不一样。

4.1.1 结构的声明

我们来看一下：

struct tag
{
       member-list;
}variable-list;

这里的关键字是struct，名字是tag，成员列表是member-list（这里是一个成员，也可以是多个成员），最后variable-list是变量列表（可有可无）

举个例子：我们来描述一个学生

struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[6];//性别  ps：一个汉字占两个字符
	char id[20];//学号
}; //分号不能丢

如果我们要创建结构体变量的话，就可以这样：

int main()
{
      struct stu s1;//结构体变量1
      struct stu s2;//结构体变量2
      return 0;
}

当然我们也可以在外部创建全局变量

struct stu s3；
int main()
{
      struct stu s1;//结构体变量1
      struct stu s2;//结构体变量2
      return 0;
}

如果我们要创建变量列表的话，我们可以这么做:

struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[6];//性别  ps：一个汉字占两个字符
	char id[20];//学号
}s4,s5,s6

像这样，我们可以创建一个或者多个列表，如s4,s5,s6

4.1.2结构体变量的定义和初始化

4.1.2.1 结构体变量的定义

首先，我们来看变量的定义：

struct Point
{
 int x;
 int y;
}p1; 

4.1.2.2 结构体变量的初始化

结构体中是存放多个成员的，所以初始化也使用{ }
我们先来创建两个结构体变量：
第一个：

struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
}; //分号不能丢

第二个

struct Point
{
 int x;
 int y;
}p1; 

对于第二个结构体的初始化，我们可以这么做：

struct Point p3 = {10, 20};

对于第一个结构体的初始化，我们可以这么做：

struct Stu s1 = {"zhangsan", 20};//初始化

一般来说，初始化要按照成员列表来进行初始化，如果我们不想按照顺序初始化的话，我们可以这么操作：

struct Stu s2 = {.age=20, .name="lisi"};//指定顺序初始化

在名字前面加上 . 即可

4.1.2.3 结构体嵌套初始化

像这样：

struct Point
{
 int x;
 int y;
}p1; 

struct Data
{
	int n;
	struct Point p;
	double d;
};

这个时候我们如果要初始化的话，应该这么做：

int main()
{
    struct Data s1 = {20,{10,20},100};
}

4.2 结构成员访问操作符

4.2.1 结构体成员的直接访问

结构体成员的直接访问是通过点操作符（.）访问的。点操作符接受两个操作数。
使用方式：结构体变量.成员名

#include <stdio.h>
struct Point
{
	int x;
	int y;
}p = { 1,2 };
int main()
{
	printf("x: %d y: %d
", p.x, p.y);
	return 0;
}

再看一个例子
我们也可以输入自己想要的值：

struct Stu
{
	char name[20];//名字
	int age;//年龄
	char sex[6];//性别  ps：一个汉字占两个字符
	char id[20];//学号
};
int main()
{
    scanf("%s %d %s %s",s1.name,&(s1.age),s1.sex,s1.id);
    return 0;
}

注意：除了age这里不需要使用取地址操作符，因为数组名本身就是一个地址.

4.2.2 结构体成员的间接访问

有时候我们得到的不是一个结构体变量，而是得到了一个指向结构体的指针。如下所示：
使用方式：结构体指针->成员名

#include <stdio.h>
struct Point
{
	int x;
	int y;
};
int main()
{
	struct Point p = { 3, 4 };
	struct Point* ptr = &p;
	ptr->x = 10;
	ptr->y = 20;
	printf("x = %d y = %d
", ptr->x, ptr->y);
	return 0;
}

五、操作符的属性：优先级、结合性

C语言的操作符有2个重要的属性：优先级、结合性，这两个属性决定了表达式求值的计算顺序。

5.1 优先级

在 C 语言中，运算符优先级决定了表达式中不同运算符执行的先后顺序。优先级高的运算符先进行运算，只有当优先级高的运算完成后，才会进行优先级低的运算。
举个例子：

3 + 4 * 5;

上面例子中，表达式 3 + 4_5 里面既有加法运算符（ + ），又有乘法运算符（_）。由于乘法的优先级高于加法，所以会先计算 4*5 ，而不是先计算 3 + 4 。

5.2 结合性

在 C 语言中，结合性用于确定当表达式中出现多个优先级相同的运算符时，运算的执行顺序。
如果两个运算符优先级相同，优先级没办法确定先计算哪个了，这时候就需要考虑结合性，则根据运算符是左结合，还是右结合，决定执行顺序。 大部分运算符是左结合（从左到右执行），少数运算符是右结合（从右到左执行），比如赋值运算符（ = ）。
举个例子：

5 * 6 / 2;

上面例子中，_和 / 的优先级相同，它们都是左结合运算符，所以从左到右执行，先计算 5_6 ，再计算 / 2 。

下面是一些运算符的优先级顺序 （按照优先级从高到低排列）
圆括号（ ( ) ）
自增运算符（ ++ ），自减运算符（ – ）
单目运算符（ + 和 - ）
乘法（ * ），除法（ / ） 加法（ + ），减法（ - ）
关系运算符（ < 、 > 等）
赋值运算符（ = ）

由于圆括号的优先级最高，可以使用它改变其他运算符的优先级。

六、表达式求值

6.1 整形提升

在 C 语言中，整型提升（Integer Promotion）是一种隐式类型转换机制，它在表达式求值过程中自动发生。当一个整型类型的操作数在参与运算时，其类型可能会被提升为更高级别的整型类型，以确保运算的准确性和一致性。
C语言中整型算术运算总是至少以缺省（默认）整型类型（int）的精度来进行的。
为了获得这个精度，表达式中的字符和短整型操作数在使用之前被转换为普通整型，这种转换称为整型提升。
注意：char类型也是属于整型家族的，因为字符在存储的时候，存储的是ASCII值。

PS：整型提升的意义
表达式的整型运算要在CPU的相应运算器件内执行，CPU内整型运算器(ALU)的操作数的字节长度一般就是int的字节长度，同时也是CPU的通用寄存器的长度。
因此，即使两个char类型的相加，在CPU执行时实际上也要先转换为CPU内整型操作数的标准长度。 通用CPU（general-purpose CPU）是难以直接实现两个8比特字节直接相加运算（虽然机器指令中可能有这种字节相加指令）。所以，表达式中各种长度可能小于int长度的整型值，都必须先转换为int或unsigned int，然后才能送入CPU去执行运算。

如何进行整行提升呢？
对于有符号整数：有符号整数提升是按照变量的数据类型的符号位来提升的
对于无符号整数：无符号整数提升，高位补0
举个例子：

int main()
{
	//int a = 10;
	//short s = 5;
	//int b = s + a;

	char c1 = 5;
	char c2 = 126;
	char c3 = c1 + c2;//131
	//00000000 00000000 00000000 00000101
	//00000101 - c1 
	//00000000 00000000 00000000 01111110
	//01111110 - c2
	//
	//00000000 00000000 00000000 00000101 - c1 - 发生整型提升
	//00000000 00000000 00000000 01111110 - c2 - 发生整型提升
	//00000000 00000000 00000000 10000011 
	//10000011 - c3
	//%d 是打印10进制的有符号的整数
	//11111111 11111111 11111111 10000011  -补码
	//10000000 00000000 00000000 01111100
	//10000000 00000000 00000000 01111101 -- 原码
	//-125
	printf("%d
", c3);//-125

	return 0;
}

PS:

int -- signed int
char 是signed char 还是unsigned char ?取决于编译器
在常见的编译器上char == signed char

6.2 算术转换

在 C 语言中，**算术转换（Arithmetic Conversions）是指在涉及不同数据类型的算术运算表达式中，操作数会被自动转换为一种共同的数据类型，以便进行运算。
** 如果某个操作符的各个操作数属于不同的类型，那么除非其中一个操作数的转换为另一个操作数的类型，否则操作就无法进行。 下面的层次体系称为寻常算术转换。

long double
double
float
unsigned long int
long int
unsigned int
int

如果某个操作数的类型在上面这个列表中排名靠后，那么首先要转换为另外一个操作数的类型后执行运算。

6.3 问题表达式解析

6.3.1 表达式1

//表达式的求值部分由操作符的优先级决定。
//表达式1
a*b + c*d + e*f

表达式1在计算的时候，由于" * " + 的优先级高，只能保证，" * " 的计算是比 + 早，但是优先级并不能决定第三个 * 比第一个 + 早执行。
所以表达式的计算机顺序就可能是：

a*b
c*d
a*b + c*d
e*f
a*b + c*d + e*f

也可以

a*b
c*d
e*f

a*b + c*d
a*b + c*d + e*f

6.3.2 表达式2

//表达式2
c + --c;

同上，操作符的优先级只能决定自减 – 的运算在 + 的运算的前面，但是我们并没有办法得知， + 操作符的左操作数的获取在右操作数之前还是之后求值，所以结果是不可预测的，是有歧义的。

6.3.3 表达式3

//表达式3
int main()
{
	int i = 10;
	i = i-- - --i * (i = -3) * i++ + ++i;
	printf("i = %d
", i);
	return 0;
}

表达式3在不同编译器中测试结果：非法表达式程序的结果。

6.3.4 表达式4

#include <stdio.h>
int fun()
{
	static int count = 1;
	return ++count;
}
int main()
{
	int answer;
	answer = fun() - fun() * fun();
	printf("%d
", answer);//输出多少？
	return 0;
}

对于answer = fun() - fun( ) * fun( ); 我们只能通过操作符的优先级得知：先算乘法，再算减法。
函数的调用先后顺序无法通过操作符的优先级确定。
所以这个代码也有问题。

6.3.5 表达式5

//表达式5
#include <stdio.h>
int main()
{
	int i = 1;
	int ret = (++i) + (++i) + (++i);
	printf("%d
", ret);
	printf("%d
", i);
	return 0;
}

这段代码中的第一个 + 在执行的时候，第三个++是否执行，这个是不确定的，因为依靠操作符的优先
级和结合性是无法决定第个 + 和第三个前置 ++ 的先后顺序。

6.4 总结

即使有了操作符的优先级和结合性，我们写出的表达式依然有可能不能通过操作符的属性确定唯一的计算路径，那这个表达式就是存在潜在风险的，建议不要写出特别复杂的表达式。

七、结尾

这一课的内容就到这里了，下节课继续学习操作符的其他一些知识
如果内容有什么问题的话欢迎指正，有什么问题也可以问我！